管道车在不同直径比条件下运移的水力特性研究

论文摘要

随着经济全球化的加速,科技的迅猛发展,现代物流业已在经济快速发展中扮演了越来越重要的角色。传统的物流配送方式包括航空、水路、公路和铁路已很难满足当前经济发展的需要,新型的物流运输方式亟待出现。筒装料管道水力输送作为一项新兴的管道水力输送技术,是在总结了以往各种管道水力输送方式优缺点的基础上,而诞生的一种具有清洁、环保、高效、低能耗等优点的物料运输方式。该输送技术不同于浆体管道水力输送和型料管道水力输送,应用前景更为广阔。当前对其进行的试验和理论研究,对其日后的工业化推广应用有着重要意义。本论文内容结合国家自然科学基金项目“筒装料管道水力输送的水力特性研究”（50579044）,采用模型试验与理论研究相结合的技术路线,分析了管道车在不同直径比条件下运移的水力特性,研究的主要内容及成果如下:1.分析试验数据得到了直径比与管道车平均速度的关系在相同管道车质量、车长、雷诺数条件下,管道车平均速度随直径比增大而增大,几乎呈线性关系。2.在相同管道车质量、车长、雷诺数条件下,管道车车壁与管壁间环状缝隙内水流的平均流速随直径比先增大后减小,在k =0.6处总存在一个最大值。3.从总体来看,在管道车车长、荷载、雷诺数等相同的条件下,直径比基本不改变管道整体沿程压力分布曲线的总体趋势,且在管道车运行于管道内的各时刻,管道沿程压力分布趋势也基本相同。4.在管道车车长、荷载、雷诺数等相同的条件下,随着直径比变化,各时刻测试管段处的压力分布趋势基本一致。5.各时刻测试管段特定断面附近压力分布规律:清水时,该测试管段压力分布为沿程下降;初时刻,该断面附近压力较清水时有一轻微的上升;车至时,附近压力又有所增大,但在该断面处,压力有明显下降,下降幅度随直径比增大而先增大后减小的规律,最大值出现在k =0.6处;末时刻,较初始时刻该断面附近压力又有进一步增加。6.管道车在雷诺数、载荷、车长等参数一定的条件下,无论是管道车运行的初始时刻、中间时刻、末时刻还是各时刻平均,管道水流总能耗值随直径比变化而变化,变化趋势大致相同。即水流总能耗值先随着直径比的增加而减小,当直径比增加到0.6左右时,能耗值又随着直径比的增加而开始增加。7.在一定的假设前提下,建立了管道车在平直管段平稳运行时的简易数学模型,求解得到了管道车平均速度vc及车体前后端面压力差Δp关于管道水流平均速度vb的表达式。8.通过使用流体力学软件Flow-3D模拟,得到了平直管段管道车平稳运行时管道局部压力及流速场分布。本文的研究结论对筒装料管道水力输送机理的进一步研究具有重要参考价值,为该项技术早日实现工业化提供了一定的技术参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题提出的背景、目的和意义
• 1.2 管道水力输送的研究进展
• 1.2.1 固液两相流的理论研究
• 1.2.2 浆体管道输送
• 1.2.3 型料管道水力输送
• 1.2.4 筒装料管道水力输送
• 1.3 本文的研究内容与方法
• 第二章 试验系统、管道车及试验方案
• 2.1 试验系统的建立
• 2.1.1 试验管路布置
• 2.1.2 动力系统及流量调节装置
• 2.1.3 管道车投放与接收装置
• 2.1.4 测试仪器
• 2.1.5 测点布置
• 2.2 管道车
• 2.2.1 管道车的提出
• 2.2.2 管道车的构造
• 2.2.3 影响管道车运行的参数
• 2.3 试验方案
• 第三章 不同直径比条件下管道车运移的水力特性
• 3.1 运行中管道车的受力分析
• 3.2 直径比与管道车及环状缝隙内水流平均速度的关系
• 3.2.1 直径比与管道车平均速度的关系
• 3.2.2 直径比与环状缝隙内水流平均速度的关系
• 3.3 直径比与管道压力分布的关系
• 3.3.1 直径比与管道沿程压力分布的关系
• 3.3.2 直径比与局部管道压力分布的关系
• 3.4 不同直径比条件下的管道能耗变化
• 3.4.1 管道系统能耗
• 3.4.2 管道系统能耗的组成
• 3.4.3 直径比与管道系统能耗的关系
• 第四章 管道车平稳运行的数值模拟
• 4.1 管道车在平直管段平稳运行
• 4.1.1 模型的建立
• 4.1.2 模型求解值与试验数值的对比验证
• 4.2 管道车通过局部管段的Flow-3D 模拟
• 4.2.1 流体力学软件Flow-3D
• 4.2.2 模型建立及网格划分
• 4.2.3 模型解算结果
• 第五章 结论、建议及展望
• 5.1 结论
• 5.2 建议及展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间的主要研究工作